塔器的工作压力与划类探讨
程 虎，关永祥，李志昌，王 魁
（天津市创举科技有限公司，天津300130）
［摘 要］探讨塔式压力容器大部分容积内压力达到或超过01 MPa，在介质等其他条件也符合的情况下，按照其危害程度本应带类，却被划到类外，将会给使用单位带来安全隐患及对设计单位标准选用带来困扰。建议在相应的标准及规定中，对塔式压力容器 “工作压力”的定义作一个“补充定义”，即在原定义的基础上，再加上“对于塔式压力容器，当气相由塔底进入，从塔顶排出时，以塔底气相进口处可能达到的最高压力为工作压力”的补充定义，以使塔式压力容器的设计、制造、管理更趋合理。
［关键词］ 塔式压力容器；塔顶；塔底；工作压力；压差；带类容器；类外容器
［中图分类号］TQ 053.5 ［文献标志码］ B ［文章编号］1004-9932（2015）06-0064-03
1 塔顶与塔底压差造成塔器成为类外容器
《固定式压力容器安全技术监察规程》［1］（以下简称《固容规》）1.3条规定：① 工作压力大于或者等于0.1 MPa；② 工作压力与容积的乘积大于或者等于0.25 MPa·L；③ 盛装介质为气体、液化气体以及介质最高工作温度高于或者等于其标准沸点的液体。上述三条同时具备时，便属《固容规》管辖，即属于带类容器。其宗旨就是，当介质、压力及压力容积之（乘）积达到这个水平，其危害程度就必须予以特殊对待，设计、制造、检验、管理就应按《固容规》执行。此规程的上一版《压力容器安全技术监察规程》也是这样规定的。
然而，若按《塔式容器》［2］的相应规定，某些低压情况下会使得《固容规》的宗旨不能落实，本应隶属于《固容规》管辖的带类压力容器却被漏掉而成为类外容器，形成安全隐患。
《塔式容器》［2］的3.2条规定：“工作压力：在正常工作情况下，塔式容器顶部可能达到的最高压力。”此标准的前一版JB/T4710—2005《钢制塔式容器》中对“工作压力”也是这样规定的。
对于压力容器，大多数情况下，设备下部与顶部之间，气相介质的压差极小，可以忽略不计。这时，将设备顶部的压力定为“工作压力”，能准确地反映该设备内气相压力的大小，尤其是存在液相介质的情况下，规定设备顶部达到的压力为工作压力，并以此确定设计压力后，再加上液柱静压力，就可以很简单地求出任意位置的计算压力。因而这样规定“工作压力”，对于非塔式压力容器是合理的。
但是对于塔器，这样的规定就存在着明显的不合理。绝大多数塔器的工艺特点是，气相介质由塔底进入，在通过相当高的塔体到达塔顶的过程中，要穿过塔内件以便进行气液传质，因而存在一个不容忽视的压差（例如，当塔盘层数为100层时，压差约为0.06 MPa），塔顶与塔底压差的存在，使一些本应带类的塔器成为类外容器。例如，若塔顶气相压力为0.09 MPa，则塔底气相压力为0.15 MPa，由0.15 MPa降至0.1 MPa约经过83层塔盘，按塔盘间距0.4 m计算，气相介质压力为0.15～0.1 MPa的塔体高度为33.2 m，如果塔径为1.8 m，其容积为84.5 m3，扣除各层塔盘及其上面的液层体积，有效气相容积约60 m3，则其压力容积之积（按压力平均值0.125 MPa计算）为7 500 MPa·L，该值是《固容规》规定的压力容积之积0.25 MPa·L的30 000倍。
然而，由于《塔式容器》中“工作压力”的定义为“在正常工作情况下，塔式容器顶部可能达到的最高压力”。上述案例中，塔的工作压力为0.09 MPa，按《固容规》的规定，这个塔不归《固容规》管辖，因而不属于带类压力容器。呈现在我们面前的是这样一个事实：在介质危害程度相同，且都符合《固容规》1.3条的情况下，一个压力容积之积为0.25 MPa·L的压力容器为带类容器，而一个潜在破坏力即压力容积之积比它大30 000倍的塔式压力容器，却被弃之“门”外，不按带类压力容器对待。
显而易见，这个结论是不合理的。虽然不合理，但又是现实存在的。《化工压力容器设计——方法、问题、和要点》［3］一书中有这样一个例子：“某单位设计的甲醇精馏塔，介质为甲醇和水，工作压力为0.02 MPa，设计温度为126.5 ℃，容积为161 m3，划为一类压力容器。因该塔工作压力小于0.1 MPa，不属于《固容规》的监察范围，在该单位设计资质换证审查时，被审查组列为划类错误。笔者看到上述通报材料后，感到该甲醇精馏塔的设计者将其划为一类压力容器，既合情又合理，但有点不合法。从容积推算塔高要有几十米，塔顶的最大工作压力虽是0.02 MPa，但塔中间的介质入口压力一定要远大于0.1 MPa才能实现精馏工艺过程。甲醇属中度危害介质，设计者考虑这些因素相应提高要求，与《固容规》的出发点是一致的，但由于塔器的特殊性造成了划类错误。因此，可以对该设备在一系列具体技术保证措施方面采取相应的措施，但不应划类，避免与技术法规发生正面冲突，以维护技术法规的严肃性和可操作性。”
该书作者提到的这个例子是很说明问题的，反映了本文所讨论问题的重要性和现实性。但作者提出的处理这个问题的措施和对待技术法规的态度，笔者持有不同的观点，这些观点正好引导我们对本文的主题作出更深入的讨论。
更多内容请见《中氮肥》2015年第6期